成都市城区部分河道水体与底泥污染调查研究

陈 雯 彭慧宇 刘云峰 王 莹

（1 成都市沱江流域投资发展集团有限公司 四川成都 610000 2 四川大学 四川成都 610000）

引言

随着我国社会经济的快速发展和城镇化进程的加速，对城市河流污染的治理也迫在眉睫。河流点源截污与面源治理后，底泥污染物的释放成为河道污染的主要因素之一[1]。底泥污染物属于河流的内源污染，是污染物在沉积物和河流水体中循环的过程，河流中的污染物长时间未经处理，逐渐沉降，导致底泥淤积[2]。当河流底泥被扰动，底泥和上覆水之间物质交换的平衡被打破，底泥中的污染物会重新释放到上覆水体中，对上覆水造成二次污染[3]。沉积物尤其是底泥是河流污染的源和汇，其研究对水体环境治理与生态修复具有重要意义，是关系水体污染控制成败的关键。本文对成都市城区多条河流水体和底泥进行布点分析，通过实地考察对比取样条件，确定采样河段和采样点采集水体和底泥样品，检测其中各污染指标的含量，利用选定的评价方法，对成都市各河道水体和底泥污染物污染状况进行评价和相关性分析。

1 材料与方法

1.1 调查范围

本次研究在进行现场调查后，选择成都城区20条河道，设置监测断面20 个。

1.2 样品采集与分析

通过参照近几年监测资料，综合考虑了代表性，连续性和具有统计意义三项原则，每个点位底泥上覆水检测指标：pH、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、COD、汞、铅、镉、铬、砷共9 项指标，确定每个底泥样品检测指标：pH、总氮（TN）、总磷（TP）、有机质、有机氮、氨氮、铅、铬、镉、汞和砷共11 项指标。

根据采样计划，在2020 年3 月完成对选定的20条河流水样和泥样收集。主要依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和《土壤农化分析》中的监测方法对水样和泥样各项污染指标进行分析监测，测定各选定河流断面的水体污染指标和底泥污染指标。

1.3 数据处理

1.3.1 水质评价

根据国家制定的 《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）对所选20 条河流水质进行单因子评价法评价。

水质单因子污染指数Pi的计算公式为：Pi=Ci/Si

式中:Ci为第i 种水质指标的实测浓度（mg/L）；Si为第i 种水质指标的评价标准（mg/L）。

1.3.2 底泥评价方法

土壤背景值是指未受或极少受人类活动影响而能保证基本未被污染和破坏的土壤中特定元素的含量，对于土壤底泥的评价参考值，采用《土壤环境质量标准》（GB15618-2018）中的农用地土壤污染风险管制值，利用潜在生态污染指数评价底泥污染程度。

计算公式如下：

1.3.3 相关性分析方法

针对水体和底泥主要污染物，利用SPSS 中的Pearson 相关性分析与双尾检验进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 水质的结果与分析

根据水质指标显示，pH 介于7-9 之间，显示水质偏碱性，其中COD、氨氮、总磷、铬浓度如图1-图4所示，汞、铅、镉均未检出，砷有2 个点位检出0.4μg/L、0.5μg/L，其余点位均为检出。根据数据显示，水体COD 浓度范围为5-14mg/L；氨氮浓度范围为0.115-7.69mg/L，有5 个点位超过1mg/L；总磷浓度范围为0.04-1.79mg/L，有6 个点位超过0.2mg/L；总铬浓度范围为0.15-0.3μg/L，有1 个点位未检出。

图1 水体COD浓度（mg/L）

图2 水体氨氮浓度（mg/L）

图3 水体总磷浓度（mg/L）

图4 水体铬浓度（mg/L）

依据单因子指数对20 条河流水质评价的结果见表1。单因子评价法是以不符合评价标准的最差水质指标的评价类别作为所评价水体整体的水质类别。评价结果显示，所选20 条成都市河流中共4 条河流水质达到Ⅱ类水标准，9 条河流水质达到Ⅲ类水标准，2 条河流水质达到Ⅳ类水标准，5 条河流水质为劣Ⅴ类河流。

表1 基于单因子指数法的河流水质评价结果

2.2 底泥的结果与分析

根据泥质指标显示，显示泥质pH 介于7-9 之间，偏碱性。根据数据显示，底泥总氮浓度范围为169-2852mg/kg；总磷浓度范围为140-1031mg/kg；有机质浓度范围为8200-75800mg/kg；氨氮浓度范围为3.07-19.6mg/kg；铅浓度范围为10-40mg/kg；镉浓度范围为0.13-0.74mg/kg；铬浓度范围为26-86mg/kg；汞浓度范围为0.044-0.706g/kg；砷浓度范围为2.69-10.7mg/kg。

经计算分析可知，对比 《土壤环境质量标准》（GB15618-2018）中的农用地土壤污染风险管制值，选取的成都市20 条河流底泥数据全部满足潜在生态污染指数评价分级规定的低度污染标准。

2.3 水体与底泥相关性分析

将水体COD 与底泥有机质，水体氨氮与底泥氨氮，水体总磷与底泥总磷，水体铬与底泥铬分别进行相关性与显著性分析，水中铅、镉、汞和砷的含量过低导致无法检出，故不进行相关性分析，分析结果见表2。

表2 水体与底泥中污染物指标相关性与显著性表

从结果可知，水体COD 与底泥有机质，水体氨氮与底泥氨氮，水体总磷与底泥总磷，都具有一定的相关性，水体铬与底泥铬相关性不大。有研究结果表明，在一定条件下，累积于底泥中的污染物通过与上覆水体间的物理、化学、生物交换作用，可重新进入上覆水中，形成二次污染源，而底泥中重金属向上覆水体的释放对上覆水体的影响并不大[5]。因此分析得出，底泥中的有机质、总磷、氨氮浓度对上覆水的COD、总磷、氨氮影响较大，而底泥中重金属铬浓度对上覆水体的重金属铬影响不大。根据检测结果，对于7 条未达到Ⅲ类水标准的河流，为减少水体中氮磷污染，可进行清淤疏浚与资源化利用。

3 讨论

对于水体超标河流底泥进行疏浚是治理河流内源污染的重要措施，它是以清除底泥达到减少底泥污染物向水体释放的目的，为避免造成疏浚后的二次污染，可将经过减量化和无害化处理后的底泥进行资源化利用。目前底泥资源化利用途径包括农林土地利用，制备建材，堆肥发酵等。

底泥农林土地利用是指在被人类活动影响的森林、牧场、湿地、城市绿化区域等地的修复和重建中使用疏浚底泥[6]。河道清淤底泥化学成分及物理性能与黏土类似，能够部分替代黏土制备建材产品。建材化处理是目前综合利用率较高的处理方式，目前研究应用较为广泛的几种河道淤泥制备建筑材料是制砖、陶粒和水泥[7]。底泥堆肥发酵在通气条件好或氧气充足的条件下，好氧菌对底泥进行吸收、氧化以及分解的过程，使底泥中的有机物矿质化、腐殖化，重金属稳定化，实现对河流疏浚底泥的修复。堆肥技术被认为是对疏浚底泥资源化利用的有效途径之一[8]。

根据底泥各污染物质测定的结果，河流底泥重金属含量均低于 《土壤环境质量标准》（GB15618-2018）的风险管控值和 《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）的污染物标准控制值，因此本次所选样本的底泥均能开展资源化利用。

结语

内源污染是城市河流污染的重要来源，它主要来自河流底泥污染物的重新释放。河流内源污染问题亟待解决。本文以成都市河流为例，通过实地考察，选取20 条河流监测点作为样本，对影响样本点水质的11 项水质污染指标和9 项底泥污染指标进行检测和评价。对水质使用了单因子评价法，标准低于Ⅲ类水的有7 条河流。潜在生态污染指数评价法的评价结果显示20 个底泥样本的污染程度都较低。同时，将水体COD 与底泥有机质，水体氨氮与底泥氨氮，水体总磷与底泥总磷，水体铬与底泥铬分别进行相关性与显著性分析，得出底泥中的有机质、总磷、氨氮浓度对上覆水的COD、总磷、氨氮影响较大，而底泥中重金属铬浓度对上覆水体的重金属铬影响不大。最后，讨论了底泥资源化的途径，包括农林土地利用，制备建材，堆肥发酵，为今后河道治理提供了借鉴和依据。